本實用新型涉及可編程電阻技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可編程電阻電路及板卡。

背景技術(shù)：

隨著車輛及航天器的快速發(fā)展，ECU(Electronic Control Unit，電控單元)的復(fù)雜程度快速增加，其控制算法與功能不斷增強，因此，基于軟件算法模型的HIL(hardware-in-the-loop，硬件回路)仿真測試設(shè)備正逐步滿足更為復(fù)雜的測試需求，在國內(nèi)外各大汽車廠商中逐漸流行。

目前，在機車車輛、航空航天領(lǐng)域所使用的溫度傳感器、壓力傳感器等，一般都采用電阻式傳感器，傳感器的電阻值是隨著溫度或壓力的變化而變化的。與ECU相連接的溫度傳感器、壓力傳感器等，在ECU研發(fā)調(diào)試和測試階段一般用不同阻值的電阻，來模擬傳感器檢測的溫度、壓力等物理量的變化。

由于使用不同阻值的固定電阻來模擬傳感器，其可操作性差，且不能模擬物理量的變化率，因此，無法滿足軟件算法模型毫秒級的數(shù)據(jù)更新速率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種可編程電阻電路及板卡，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法滿足軟件算法模型毫秒級的數(shù)據(jù)更新速率的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下：

一種可編程電阻電路，包括：通信接口、FPGA控制電路、光耦驅(qū)動電路、光耦陣列及電阻網(wǎng)絡(luò)；其中：

所述通信接口的一端與所述FPGA控制電路的一端相連；所述通信接口的另一端作為所述可編程電阻電路的信號端；

所述FPGA控制電路的另一端與所述光耦驅(qū)動電路的輸入端相連；

所述光耦驅(qū)動電路的輸出端與所述光耦陣列中各個光耦的發(fā)光二極管陽極一一對應(yīng)相連；

各個所述光耦的光探測器分別與所述電阻網(wǎng)絡(luò)中的各個電阻一一對應(yīng)并連；

所述電阻網(wǎng)絡(luò)的兩端作為所述可編程電阻電路的電流輸入端和電流輸入端。

優(yōu)選的，所述通信接口為基于PXIe規(guī)范的通信接口。

優(yōu)選的，所述光耦驅(qū)動電路為移位寄存器陣列。

優(yōu)選的，所述電阻網(wǎng)絡(luò)包括：N個并聯(lián)的電阻通道；N為正整數(shù)；

各個所述電阻通道包括M個串聯(lián)的電阻；M為大于預(yù)設(shè)值的正整數(shù)；

所述光耦陣列包括N×M個光耦。

優(yōu)選的，N為10，M為19。

優(yōu)選的，各個所述電阻通道中的M個電阻按照8421編碼方式排列電阻值。

優(yōu)選的，還包括：電源與N個電流監(jiān)測電路；其中：

N個所述電流監(jiān)測電路分別與所述電源及所述FPGA控制電路相連；且N個所述電流監(jiān)測電路分別與N個所述電阻通道一一對應(yīng)相連。

優(yōu)選的，所述電流監(jiān)測電路包括：第一光耦、第二光耦、第一電阻、第二電阻、第三電阻及第四電阻；其中：

所述第一電阻與所述第一光耦的光耦探測器串聯(lián)于相應(yīng)的所述電阻通道中；

所述第一電阻的一端通過所述第二電阻與所述第二光耦的發(fā)光二極管陽極相連；

所述第一電阻的另一端與所述第二光耦的發(fā)光二極管陰極相連；

所述第二光耦的光耦探測器正極分別與所述第三電阻的一端及所述FPGA控制電路相連；

所述第三電阻的另一端與所述電源相連；

所述第一光耦的發(fā)光二極管陽極與所述電源相連；

所述第一光耦的發(fā)光二極管陰極通過所述第四電阻與所述FPGA控制電路相連。

一種可編程電阻板卡，集成設(shè)置有上述任一所述的可編程電阻電路。

本實用新型提供的所述可編程電阻電路，通過通信接口收發(fā)通信信號，由FPGA控制電路控制光耦驅(qū)動電路，實現(xiàn)對于光耦陣列中各個光耦的控制，當光耦中的光探測器閉合時，即可將電阻網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的電阻旁路，實現(xiàn)對于該可編程電阻電路的電阻值的改變；也即以光耦實現(xiàn)對于電阻值的改變，由于光耦具備壽命長和響應(yīng)速度快的特點，能夠滿足HIL設(shè)備中毫秒級的仿真周期，進而能夠滿足軟件算法模型毫秒級的數(shù)據(jù)更新速率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述內(nèi)的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例提供的可編程電阻電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型另一實施例提供的可編程電阻電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實用新型另一實施例提供的可編程電阻電路的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型另一實施例提供的可編程電阻電路的另一結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細的說明。

本實用新型提供一種可編程電阻電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法滿足軟件算法模型毫秒級的數(shù)據(jù)更新速率的問題。

具體的，所述可編程電阻電路，參見圖1，包括：通信接口101、FPGA(Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)控制電路102、光耦驅(qū)動電路103、光耦陣列104及電阻網(wǎng)絡(luò)105；其中：

通信接口101的一端與FPGA控制電路102的一端相連；通信接口101的另一端作為所述可編程電阻電路的信號端；

FPGA控制電路102的另一端與光耦驅(qū)動電路103的輸入端相連；

光耦驅(qū)動電路103的輸出端與光耦陣列104中各個光耦的發(fā)光二極管陽極一一對應(yīng)相連；

各個所述光耦的光探測器分別與電阻網(wǎng)絡(luò)105中的各個電阻一一對應(yīng)并連；

電阻網(wǎng)絡(luò)105的兩端作為所述可編程電阻電路的電流輸入端和電流輸入端。

具體的工作原理為：

圖1是本實用新型可編程電阻電路的電路框圖。

FPGA控制電路102，如Xilinx FPGA，用于完成通信協(xié)議解析、硬件驅(qū)動程序和邏輯操作等任務(wù)。FPGA控制電路102中的驅(qū)動程序，控制光耦驅(qū)動電路103，使光耦驅(qū)動電路103驅(qū)動光耦陣列104中各個光耦，控制各個光耦內(nèi)光探測器的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制電阻網(wǎng)絡(luò)105中各個電阻是否接入電阻網(wǎng)絡(luò)105的兩端內(nèi)，實現(xiàn)對于該可編程電阻電路的電阻值的改變。

現(xiàn)有技術(shù)在HIL設(shè)備中，還存在通過軟件模型控制模擬傳感器的電阻值的方案，具體通過使模擬傳感器接入到ECU中，執(zhí)行半實物的仿真測試，即能夠滿足ECU在溫度傳感器或壓力傳感器在全范圍輸出內(nèi)的、不同變化率的自動化測試目的，并且能夠模擬傳感器失效狀態(tài)，大大提高了測試效率和覆蓋率，為ECU測試的可靠性提供了有力的工具。

但是，現(xiàn)有技術(shù)中一般使用軟件模型控制繼電器開關(guān)切換，以輸出不同的電阻值，雖然能實現(xiàn)自動化測試的需求，但由于繼電器本身存在機械老化、觸點氧化，開關(guān)壽命不長、開關(guān)噪聲大、有火花拉弧、響應(yīng)速度不快等缺點，降低了ECU測試的可靠性。

本實施例提供的所述可編程電阻電路，通過上述原理，以光耦實現(xiàn)對于所述可編程電阻電路的電阻值的改變，由于光耦具備壽命長和響應(yīng)速度快的特點，能夠滿足HIL設(shè)備中毫秒級的仿真周期，進而能夠滿足軟件算法模型毫秒級的數(shù)據(jù)更新速率。另外，以光耦代替現(xiàn)有技術(shù)中的繼電器，還能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中ECU測試可靠性低的問題，達到溫度傳感器、壓力傳感器模擬的目的。

優(yōu)選的，通信接口101為基于PXIe規(guī)范的通信接口。

所述可編程電阻電路基于PXIe規(guī)范，通過PXIe串行總線與計算機進行通信。

基于PXIe的規(guī)范，使得所述可編程電阻電路應(yīng)用方便；當然，在具體的實際應(yīng)用中，并不一定限定于此，還可以視其具體應(yīng)用環(huán)境而定，均在本申請的保護范圍內(nèi)。

另外，值得說的是，本實施例提供的所述可編程電阻電路，并不僅限應(yīng)用于機車車輛、航空航天領(lǐng)域的ECU測試，還可以在其他領(lǐng)域內(nèi)模擬各種電阻式傳感器，或者應(yīng)用于需要多阻值輸出的各種電阻電路中；均在本申請的保護范圍內(nèi)。

本實用新型另一實施例提供了一種具體的可編程電阻電路，參見圖1，包括：通信接口101、FPGA控制電路102、光耦驅(qū)動電路103、光耦陣列104及電阻網(wǎng)絡(luò)105；其中：

通信接口101的一端與FPGA控制電路102的一端相連；通信接口101的另一端作為所述可編程電阻電路的信號端；

FPGA控制電路102的另一端與光耦驅(qū)動電路103的輸入端相連；

光耦驅(qū)動電路103的輸出端與光耦陣列104中各個光耦的發(fā)光二極管陽極一一對應(yīng)相連；

各個所述光耦的光探測器分別與電阻網(wǎng)絡(luò)105中的各個電阻一一對應(yīng)并連；

電阻網(wǎng)絡(luò)105的兩端，參見圖2中的RES+與RES-，作為所述可編程電阻電路的電流輸入端和電流輸入端。

優(yōu)選的，通信接口101為基于PXIe規(guī)范的通信接口。

優(yōu)選的，光耦驅(qū)動電路103為移位寄存器陣列。

圖2是可編程電阻電路的結(jié)構(gòu)圖；其中光耦驅(qū)動電路103由移位寄存器陣列組成，該移位寄存器陣列使得FPGA控制電路102可以通過較少的IO接口，控制更多的光耦。

優(yōu)選的，電阻網(wǎng)絡(luò)105包括：N個并聯(lián)的電阻通道；N為正整數(shù)；圖2中以1個電阻通道為例進行展示；

各個所述電阻通道包括M個串聯(lián)的電阻；M為大于預(yù)設(shè)值的正整數(shù)；所述預(yù)設(shè)值此處不做具體限定，可以根據(jù)想要得到的分辨率和阻值范圍，視其具體的應(yīng)用環(huán)境而定，均在本申請的保護范圍內(nèi)。

光耦陣列104包括N×M個光耦。

在具體的實際應(yīng)用中，N和M可以根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境進行設(shè)置，比如，N可以為10，M可以為19；但是并不一定限定于此，N和M根據(jù)具體實際情況進行設(shè)置的方案，均在本申請的保護范圍內(nèi)，此處不再一一贅述。

優(yōu)選的，各個所述電阻通道中的M個電阻，按照8421編碼方式排列電阻值。

此時，所述可編程電阻電路中，每個電阻通道由19個電阻構(gòu)成，并通過19個光耦分別進行接入或旁路的控制，其電阻值的排列按8421編碼方式，表1給出了19個電阻值的示例，每個所述可編程電阻電路中設(shè)有10個所述電阻通道。

表1可編程電阻電路中一個電阻通道的電阻值

具體的工作原理為：

由表1中編號為1～19的電阻串聯(lián)構(gòu)成一個電阻通道，其中每個電阻都并聯(lián)一個光耦的光探測器。

將FPGA控制電路102通過通信接口101接收到的電信號，及電阻控制信號，送到19個光耦的輸入端，即發(fā)光二極管的陽極，各個發(fā)光二極管的陰極接地，控制各個光耦中光探測器的導(dǎo)通與關(guān)斷，進而能夠?qū)崿F(xiàn)步進為1歐姆，最高阻值為524k歐姆的可編程電阻。

圖2中的電阻R1、R2和R3分別是表1中電阻編號為1到3的電阻，其中每個電阻并聯(lián)一個光耦，參見圖2中的OC1、OC2和OC3；圖2中其他光耦及該電阻通道內(nèi)的其他電阻均未展示。

具體的，光耦可以采用型號為AQY212GSZ的光耦；此處不做具體限定，僅為一種示例，可以根據(jù)其具體實際應(yīng)用環(huán)境進行選擇，均在本申請的保護范圍內(nèi)。

當光耦的發(fā)光二極管陽極輸入高電平時，其光探測器導(dǎo)通，與之并聯(lián)的電阻被旁路；當光耦的發(fā)光二極管陽極輸入低電平時，其光探測器關(guān)斷，與之并聯(lián)的電阻接入相應(yīng)的電阻通道中。

本實施例在上述實施例的基礎(chǔ)之上，具體提供了一種具有步進1歐姆的分辨力、阻值范圍為20歐姆到524K歐姆的可編程電阻電路，其他原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

本實用新型另一實施例提供了一種具體的可編程電阻電路，參見圖1，包括：通信接口101、FPGA控制電路102、光耦驅(qū)動電路103、光耦陣列104及電阻網(wǎng)絡(luò)105；其中：

通信接口101的一端與FPGA控制電路102的一端相連；通信接口101的另一端作為所述可編程電阻電路的信號端；

FPGA控制電路102的另一端與光耦驅(qū)動電路103的輸入端相連；

光耦驅(qū)動電路103的輸出端與光耦陣列104中各個光耦的發(fā)光二極管陽極一一對應(yīng)相連；

各個所述光耦的光探測器分別與電阻網(wǎng)絡(luò)105中的各個電阻一一對應(yīng)并連；

電阻網(wǎng)絡(luò)105的兩端，參見圖2中的RES+與RES-，作為所述可編程電阻電路的電流輸入端和電流輸入端。

優(yōu)選的，通信接口101為基于PXIe規(guī)范的通信接口。

優(yōu)選的，光耦驅(qū)動電路103為移位寄存器陣列。

優(yōu)選的，電阻網(wǎng)絡(luò)105包括：N個并聯(lián)的電阻通道；N為正整數(shù)；圖2中以1個電阻通道為例進行展示；

各個所述電阻通道包括M個串聯(lián)的電阻；M為大于預(yù)設(shè)值的正整數(shù)；

光耦陣列104包括N×M個光耦。

優(yōu)選的，N為10，M為19。

優(yōu)選的，各個所述電阻通道中的M個電阻，按照8421編碼方式排列電阻值。

另外，在上述實施例的基礎(chǔ)之上，參見圖3，所述可編程電阻電路還包括：電源106與N個電流監(jiān)測電路107；其中：

N個電流監(jiān)測電路107分別與電源106及FPGA控制電路102相連；且N個電流監(jiān)測電路107分別與N個所述電阻通道一一對應(yīng)相連。

電流監(jiān)測電路107能夠?qū)崟r監(jiān)測所述電阻通道中的電流是否超過限定值，當電流超過一定值時，電阻通道自動斷開，從而起到保護所述可編程電阻電路的目的。

具體的，電源106可以為3.3V/12V的電源。

參見圖4，電流監(jiān)測電路107包括：

第一光耦OC4、第二光耦OC5、第一電阻Rd、第二電阻Rs、第三電阻Rc及第四電阻Re；其中：

第一電阻Rd與第一光耦OC4的光耦探測器串聯(lián)于相應(yīng)的所述電阻通道中；

第一電阻Rd的一端通過第二電阻Rs與第二光耦OC5的發(fā)光二極管陽極相連；

第一電阻Rd的另一端與第二光耦OC5的發(fā)光二極管陰極相連；

第二光耦OC5的光耦探測器正極分別與第三電阻Rc的一端及FPGA控制電路102相連；

第三電阻Rc的另一端與電源VCC相連；

第一光耦OC4的發(fā)光二極管陽極與電源VCC相連；

第一光耦OC4的發(fā)光二極管陰極通過第四電阻Re與FPGA控制電路102相連。

具體的工作原理為：

電流監(jiān)測電路107中，第二電阻Rs是第二光耦OC5芯片中發(fā)光二極管的限流電阻；當電阻通道中的電流超過規(guī)定值時，如超過100mA，也可以根據(jù)具體情況進行設(shè)定，此處不做具體限定，第一電阻Rd兩端的電壓VRd控制第二光耦OC5中的光探測器導(dǎo)通，第二光耦OC5的光探測器正極，即光敏三極管的集電極電流將FPGA_IN點拉到低電平，并輸入到FPGA控制電路102中。然后由FPGA控制電路102的內(nèi)部邏輯電路將FPGA_OUT點置為高電平，從而控制與RES-相連的第一光耦OC4的光探測器關(guān)斷，實現(xiàn)對于所述可編程電阻電路的保護功能。

在具體的實際應(yīng)用中，還可以通過FPGA控制電路102的內(nèi)部邏輯電路，根據(jù)不同的過載情況，控制各個光耦的導(dǎo)通與關(guān)斷：

過載時，第一光耦OC4關(guān)斷，關(guān)斷后FPGA_IN點電位被拉到高電平，第一光耦OC4再次導(dǎo)通；第一光耦OC4閉合后，若不再過載，則第一光耦OC4保持導(dǎo)通狀態(tài)；若仍過載，第一光耦OC4第二次關(guān)斷；若第一光耦OC4連續(xù)三次斷開，則表明所述可編程電阻電路處于連續(xù)過載的情況，此時FPGA控制電路102的內(nèi)部邏輯電路將設(shè)置第一光耦OC4為關(guān)斷狀態(tài)，直到輸入復(fù)位信號時才能再次導(dǎo)通。

本實施例在上述實施例的基礎(chǔ)之上，另外提供了一種對于所述可編程電阻電路進行保護的電路，能夠?qū)崟r監(jiān)測所述可編程電阻電路中的電流情況，避免過流或者過載，進一步提高所述可編程電阻電路在RCU具體測試過程中的可靠性。

本實用新型另一實施例還提供了一種可編程電阻板卡，集成設(shè)置有可編程電阻電路。

具體的，所述可編程電阻電路，參見圖1，包括：通信接口101、FPGA控制電路102、光耦驅(qū)動電路103、光耦陣列104及電阻網(wǎng)絡(luò)105；其中：

通信接口101的一端與FPGA控制電路102的一端相連；通信接口101的另一端作為所述可編程電阻電路的信號端；

FPGA控制電路102的另一端與光耦驅(qū)動電路103的輸入端相連；

光耦驅(qū)動電路103的輸出端與光耦陣列104中各個光耦的發(fā)光二極管陽極一一對應(yīng)相連；

各個所述光耦的光探測器分別與電阻網(wǎng)絡(luò)105中的各個電阻一一對應(yīng)并連；

電阻網(wǎng)絡(luò)105的兩端，參見圖2中的RES+與RES-，作為所述可編程電阻電路的電流輸入端和電流輸入端。

優(yōu)選的，通信接口101為基于PXIe規(guī)范的通信接口。

優(yōu)選的，光耦驅(qū)動電路103為移位寄存器陣列。

優(yōu)選的，參見圖2，電阻網(wǎng)絡(luò)105包括：N個并聯(lián)的電阻通道；N為正整數(shù)；圖2中以1個電阻通道為例進行展示；

各個所述電阻通道包括M個串聯(lián)的電阻；M為大于預(yù)設(shè)值的正整數(shù)；

光耦陣列104包括N×M個光耦。

優(yōu)選的，N為10，M為19。

優(yōu)選的，各個所述電阻通道中的M個電阻，按照8421編碼方式排列電阻值。

優(yōu)選的，參見圖3，所述可編程電阻電路還包括：電源106與N個電流監(jiān)測電路107；其中：

N個電流監(jiān)測電路107分別與電源106及FPGA控制電路102相連；且N個電流監(jiān)測電路107分別與N個所述電阻通道一一對應(yīng)相連。

具體的，參見圖4，電流監(jiān)測電路107包括：

第一光耦OC4、第二光耦OC5、第一電阻Rd、第二電阻Rs、第三電阻Rc及第四電阻Re；其中：

第一電阻Rd與第一光耦OC4的光耦探測器串聯(lián)于相應(yīng)的所述電阻通道中；

第一電阻Rd的一端通過第二電阻Rs與第二光耦OC5的發(fā)光二極管陽極相連；

第一電阻Rd的另一端與第二光耦OC5的發(fā)光二極管陰極相連；

第二光耦OC5的光耦探測器正極分別與第三電阻Rc的一端及FPGA控制電路102相連；

第三電阻Rc的另一端與電源VCC相連；

第一光耦OC4的發(fā)光二極管陽極與電源VCC相連；

第一光耦OC4的發(fā)光二極管陰極通過第四電阻Re與FPGA控制電路102相連。

具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再一一贅述。

本實用新型中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應(yīng)，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本實用新型技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本實用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。